JP2006035766A - 樹脂封止装置及び樹脂封止装置の金型位置調整部材の製造方法 - Google Patents

樹脂封止装置及び樹脂封止装置の金型位置調整部材の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】装置全体のコスト増大、重量増大、あるいは寸法増大等を極力抑制しながら、金型と基板との間に隙間を発生させることなく、適正なクランプ力にて樹脂封止を行う。
【解決手段】相対峙する金型内で基板を樹脂にて封止する樹脂封止装置110において、金型のうちの下金型114側に、第1、第2調整体(金型位置調整体)130、140を配置する。また、該第1、第2調整体130、140のそれぞれが、複数の階段状のフラット面132、142を有する。各フラット面132、142は、相対向し、金型内で封止される前記基板116の表裏面116A、116Bと平行で、且つ各調整体130、140の裏面からの距離D1、D2・・Dn・・が順次異なる位置に形成されている。
【選択図】図3

Description

本発明は、相対峙する金型内で基板を樹脂にて封止する樹脂封止装置、及び該樹脂封止装置において金型の位置を調整するために用いられる金型位置調整部材の製造方法に関する。
例えば特許文献1において、図9(A)(B)に示されるような樹脂封止装置が提案されている。この樹脂封止装置10は、上金型12及び下金型14の間に基板16を配置し、この基板16上に配置されている半導体チップ18を、ランナ19を介して供給される樹脂によってキャビティ空間S内で封止するものである。
この種の樹脂封止に当たっては、当該基板16を適正な圧力でクランプする必要がある。このクランプ力が小さ過ぎると、甚だしいときには溶融樹脂が金型12、14間に漏れ出してしまうことがあり、基板16に「ばり」と称される不要樹脂部材が付着してしまう原因となる。逆に、このクランプ力が大き過ぎると、精密なチップ等を有する基板を損傷させてしまう恐れがある。
そこで、この樹脂封止装置10では、下金型14の下部に、第1、第2調整体(金型位置調整体)30、40を配置している。各調整体30、40はそれぞれテーパ面32、42を有し、圧縮ばね50を介して対峙している。第2調整体40はエアシリンダ70によって水平方向(型締め方向と垂直の方向)に変位可能である。
この樹脂封止装置10では、下金型14の上部に基板16を載置した後に、上金型12を基盤16に接触するまで下降させる。次に、上金型12及び下金型14にて基板16をクランプし、クランプ圧により圧縮ばね50を圧縮する。この状態では、各調整体30、40のテーパ面32、42の間には隙間が存在している。ここで、第2調整体40をエアシリンダ70によって水平方向に変位させると、テーパ面32、42同士が当接できるようになり、上金型12と基板16との間の微小隙間が補正される。
特開2002−343819号公報
しかしながら、上述した樹脂封止装置10は、上金型12と下金型14との間に発生する型締力を第1、第2調整体30、40のテーパ面32、42を介して受け止める構成とされていたため、型締力が掛かることによって該テーパ面32、42に水平方向の分力が発生し、型締の際に第1、第2調整体30、40がずれる方向に力が加わるという問題があった。この力は、第1、第2調整体30、40の双方に加わるため、第2調整体40の駆動系は、この分力に耐え得る程に相応に強固に形成しなければならない。また、第1調整体30を介して下金型14を水平方向に移動させようとする力が発生することから、上金型12と下金型14との間にクランプされている基板16の上面16A及び下面16Bを互いに水平方向にシフトさせようとする力が発生する。そのため、とりわけ基板16が薄い基板素材を積層したような構造であった場合には、当該基板素材間の密着性にも悪影響を与える恐れがあるという問題があった。
この問題を回避するためには、装置10全体を、このテーパ面32、42の存在によって水平方向分力が発生したとしても該水平方向分力による悪影響が顕在化しないような剛構造とする必要がある。そのためコスト増大、重量増大、及び寸法増大等の不具合の発生が避けられない。
本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、金型と基板との間に隙間を発生させることなく、且つ適正なクランプ力にて樹脂封止を行うこと可能とすると共に、装置全体のコスト増大、重量増大、あるいは寸法増大等を極力抑制することできる樹脂封止装置、及び該樹脂封止装置の金型位置調整部材の製造方法を提供することをその課題としている。
本発明は、相対峙する金型内で基板を樹脂にて封止する樹脂封止装置において、前記金型の少なくとも一方に、一対の金型位置調整体を備え、且つ、該一対の金型位置調整体それぞれが、相対向し、前記金型内で封止される前記基板の表裏面と平行で、且つそれぞれの金型位置調整体の裏面からの距離が順次異なる位置に形成された複数の階段状のフラット面を有する構成とされ、且つ前記金型位置調整体のうちの一方が、他方に対して前記フラット面と平行な方向に変位可能とされていることにより、上記課題を解決したものである。
本発明においては、金型の位置を調整するための一対の調整体は、それぞれ、相対抗し、金型内で封止される基板の表裏面と平行なフラット面を備える。フラット面は、複数存在し、金型位置調整体の裏面からの距離が順次異なる位置に形成されている。この結果、調整体は全体として階段状の構造を有している。
そのため、このフラット面の段差部の高さ、すなわち段差に相当する分解能で金型位置を調整することが可能である。フラット面は、基板の表裏面と平行であり、したがって、強力な型締力が該フラット面に加わっても、型締力と垂直な方向に分力が発生する恐れはなく、したがって該分力に対する対策も不要である。また、基板の表裏面を互いに平行にシフトさせようとする力が発生することもないため、このシフト力によって基板が損傷してしまうこともない。この作用は、基板が薄い基板素材を積層した構造とされていたときに特に有効に機能する。
装置全体のコスト増大、重量増大、あるいは寸法増大等を極力抑制しながら、金型と基板との間に隙間を発生させることなく、且つ適正なクランプ力にて樹脂封止を行うことが可能となる。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
図1は、当該実施形態の一例に係る樹脂封止装置の要部概略を示す正断面図、図2は同側断面図である。なお、図1、図2には、型締・封止を終えて型開きをした状態(封止済みの基板が載置されている状態)が示されている。
この樹脂封止装置110は、相対峙する金型(上金型112及び下金型114)内で基板116を樹脂にて封止するものであり、該金型のうちの一方側(この実施形態では下金型114側)に一対の第1、第2調整体(金型位置調整体)130、140を備える。
図1において、紙面の左側が樹脂封止装置110の前側、紙面の右側が同後ろ側である。この樹脂封止装置110は、図示せぬタイバーに支持された上プラテン180及び下プラテン182を有する。上プラテン180には、支持ブロック184を介して上金型112が組み込まれている。上金型112は、上キャビティ112Aを備える。上キャビティ112Aは、基板116を封止するための空間Sを備える。
一方、下プラテン182には、下金型114が載置されている。下金型114は、基板116を載置するための下キャビティ114Aを備えると共に、その前後(図1における左右)に竪壁部114Bを有する。
下金型114の下キャビティ114Aは、上キャビティ112Aと共に基板116の外周縁116Aをクランプ可能である。なお、上キャビティ112A及び下キャビティ114Aのセットは、ひとつの金型112、114内に複数(図示の例では2個)設けられている(図2参照)。
下金型114の竪壁部114Bは、該下金型114のキャビティ114A及び第1調整体130が型締方向と垂直な方向に移動するのを規制する機能を有するとともに、第2調整体140が型締方向と垂直な方向に移動する際のストローク限界を与える機能も有している。
第1調整体130は下金型114の下キャビティ114Aと一体化されている。第2調整体140は、駆動シリンダ170によって型締方向と垂直な方向(図のX方向)に変位可能である。なお、駆動シリンダ170は各下キャビティ114Aごとに独立して配置されている。
図3に、第1、第2調整体130、140のフラット面132、142の一部を拡大して示す。なお、図は模式化されており、各部の寸法比率は正確ではない。フラット面132、142は、上金型112及び下金型114のそれぞれに、対向して複数配置されている。この実施形態では、各フラット面132、142のステップ距離(X方向の距離)Lは2mmに設定してある。
各フラット面132、142は、基板116の表裏面116A、116Bと平行であり、且つ、第1、第2調整体130、140の裏面(図1、図2参照)133、143からの距離(厚さ)D1、D2(図示略)… Dn−1、Dn、Dn+1… が順次異なる位置に階段状に形成されている。なお、図3では第2調整体140側は、符号が適宜省略されているが、第1、第2調整体130、140は、この実施形態では、基本的に同一の形状を有しており、180度回転させた(点対称)の状態で下金型112に組み込まれている。
フラット面132、142の1段あたりの段差部134、144の段差Hは、当該調整体130、140によって調整し得る金型位置の調整に於ける分解能を決定する要素となるため、封止する基盤の大きさや性質(特性)等に依存して適宜の値に設定する。この実施形態では、5μmに設定されているが、さまざまな観点で最適な範囲が存在する。段差部134、144の段差Hが2μmよりも小さくなると、フラット面132、142のステップ距離Lを同一とした場合に、可変範囲が小さくなってしまう。しかし、これを嫌ってフラット面132、142のステップ距離Lを小さく設定し過ぎるのは、型締め荷重の受け止めの観点で好ましくない。
一方、段差部134、144の段差Hが10μm以上となってしまうと、X方向からの押し圧力による第2調整体140の駆動により、あるフラット面同士が当接する状態から隣接するフラット面同士が当接する状態へ移行するのが困難になるという問題が生じてくる。この問題は、例えばこの実施形態のように、段差部134、144の段差面136、146の形状を曲面化することによりある程度は解消できる。しかし、段差Hが10μmを超えると、曲面化のためにかなりの水平距離を要するようになり、型締め荷重を受け得る実質的なステップ距離Lsが小さくなり、好ましくない。以上を総合すると、段差Hは、2μm〜10μm、より好ましくは、5μm±2μm(3μm〜7μm)程度に設定するのが最適である。
この実施形態では、段差部134、144の段差面136、146は、所定の半径R(0.1mm程度)で、あるフラット面132、142から隣接するフラット面132、142の端部まで立上る曲面で形成されている。この「所定の半径R」は、より具体的には0.05 mm〜0.2 mm程度が最適である。これにより、この曲面形成のために本来のフラット面132、142の実質的なステップ距離Lsを大きく減少させることなく、第2調整体140を円滑に駆動することができる。
ところで、本実施形態に係る第1、第2調整体130、140のフラット面132、142は、そのひとつひとつが有限のステップ距離Lを有しているため、何らの制御無しに単に第2調整体140を駆動シリンダ170によって駆動すると、例えば図4に示されるような位置で両調整体130、140が停止してしまうことがある。しかしながら、この状態で型締が行われると、各フラット面132、142の端部付近のみに型締応力が集中することになるため、フラット面132、142が損傷し易い。
そのため、この実施形態では、第1調整体130と第2調整体140のそれぞれの段差部134、144の位置関係を検知するための光学検査装置(位置検出手段)190が配備されている。
この光学検査装置190は、図4に模式的に示されるように、(水平方向において固定状態にある)第1調整体130の側に各段差部134、144の位置に対応させて複数の貫通孔192A及び受光素子192Bを有する受光装置(固定側装置)192が配設されている。一方、(変位してゆく)第2調整体140の側には発光素子194A及びコリメータ194Bを有する発光装置(変位側装置)194が配設されている。
発光素子194Aからコリメータ194Bを介して光Liを型締め方向に照射すると、照射された光Liは、発光素子194Aが第1調整体130の貫通孔192Aに対応する位置にいるときは該貫通孔192Aを通って受光素子192Bに受け取られるが、貫通孔192Aが対応する位置にないときは、受光素子192Bは照射された光Liを受け取ることができない。したがって、この受光態様(変化態様)を利用し、受光素子192Bが光Liを受光するか否かにより、型締を実行し得る位置関係にあるか否かを知ることができる。
次に、この樹脂封止装置110の作用を図5を参照しながら説明する。まず、駆動シリンダ170により、第1調整体130の下部に第2調整体140が完全に入り込んだ状態、すなわち第1、第2調整体130、140によって最大限下キャビティ114Aを上側に調整した状態とし、ここでクリーニング等の前作業を行う。
次いで、図4(B)に示されるように、駆動シリンダ170を最大限引き込み、下キャビティ114 Aを最下位置まで下ろす。基板116は、このとき公知の搬送手法で下キャビティ114A上に載置される。次に、上金型112を上キャビティ112Aが基盤116に当接するまで下降させる(あるいは下金型114の方を上昇させる)。
この状態で、図4(C)に示されるように、第2調整体140の送り出しを開始する。駆動シリンダ470による送り出しの際は、各フラット面132、142同士が摺動している負荷の小さな状態と、段差部134、144を越えるときの負荷の大きな状態とが繰り返されることになる。ただし、段差部134、144は、0.1mmの半径で、あるフラット面132、142から隣接するフラット面132、142まで立ち上がる曲面で形成されているため、駆動シリンダ170の駆動力により比較的容易に乗り越えることができる。段差部134、144を通過するたびに、第1調整体130は下金型114に対して5μmずつ押し上げられる。
この送り出しは、駆動シリンダ170のシリンダ圧が予め定められた所定範囲内に上昇するまで続けられる。この結果、基板の116は、必ず所定のクランプ圧にてクランプされることになる。
なお、ここで、光学検査装置190によって第1調整体130と第2調整体140との水平方向の位置が確認される。図4に示されるような、第1、第2調整体130、140が特定の段差部134、144を乗り越えた直後においては、受光装置192の貫通孔192Aの位置が発光素子194Aからの光Liの発光位置と対応していない(一致していない)ため、発光素子194Aにより照射された光Liは、受光素子192Bにまで到達できず、受光素子192Bはこの光Liを受け取ることができない。
その結果、未だ型締に最適な位置にまで両調整体130、140の位置決めがなされていないことを知ることができる。そこで、駆動シリンダ170による送りを継続すると、やがて光Liが受光装置192の貫通孔192Aを通れるようになり、受光素子192Bは光Liを受け取ることができるようになる。これは、両調整体130、140が最適な位置関係にあると確認できたことを意味するため、駆動シリンダ170の駆動をその時点で停止する。
なお、駆動シリンダ170の送りを更に継続させると、次の段差部134、144に入る前に、光Liは再び受光装置192の貫通孔192Aから外れ、受光素子192Bが該光Liを受け取ることができなくなるように設定されている。この状態は、いわゆる段差部134、144の段差面(曲面)136、146に差し掛かった(乗り上げ始めた)ことを意味している。この場合、現状のクランプ圧に応じ、駆動シリンダ170を若干戻すか、あるいはもう1段段差部134、144を超えるべきかが決定される。
いずれにしても、型締はこのようにして受光素子192Bが光Li受け止めることができているとき、すなわち最適のクランプ圧で且つそれぞれのフラット面132、142が十分重なりあっている状態であることが確認されているときに行われる(図5(D))。その結果過大クランプ力によって基板116が損傷を受けることもなく、また隙間が生じて樹脂ばりが発生したりすることも未然に防止できる。
フラット面132、134は、その段差部134、144の段差Hが5μmに設定されているため、上キャビティ112Aに対する下キャビティ114 Aの位置を5μmの分解能で調整することができる。
本発明には、種々のバリエーションが考えられる。
例えば、上記実施形態においては、金型位置調整体である第1調整体130と第2調整体140は、下金型114側に配置されていたが、上金型112側に配置されていても良い。
また、上記実施形態においては、第1調整体130と第2調整体140のそれぞれの段差部134、144の位置関係を検知する位置検出手段として、第2調整体140の段差部144の変位と同期して変位する発光装置(変位側装置)194と、第1調整体130の段差部134と対応付けられた受光装置(固定側装置)192とを備え、該発光装置194と受光装置192との相対位置の変化に依存して変化する光(パラメータ)L1の受光態様(変化態様)を検出する構成とされていたが、必ずしもこのような構成である必要はない。例えば、発光、受光の関係が逆になっていても良いし、そもそも変化するパラメータとして光を利用するのではなく、磁力あるいは電流を利用するものであってもよい。この場合は、マグネット、あるいはコイル等を変位側装置、あるいは固定側装置に装備するようにすればよい。駆動シリンダ170の押し出しに従って、これらのパラメータの検出値が周期的に変化するため、同様に最適な時期を捉えることができる。
また、このような変位側装置及び固定側装置からなる位置検出手段を配置するのではなく、駆動シリンダ170の圧力負荷の変動を直接検出するような構成であってもよい。駆動シリンダ170の圧力の負荷は、段差部134、144を超える度に周期的な変動を繰り返すため、この変動を捉えることによっても、段差部134、144の位置を検出することができる。
また、調整体を駆動するための駆動手段は、上記実施形態のように駆動シリンダを用いてもよく、また、シール管理が良好に行われるならば、オイルシリンダを用いてもよい。さらには、例えば図6、図7に示されるように、サーボモータ272、カップリング274、減速機276、送りねじ278、移動ナット279等による電気・機械系の駆動機構によって駆動手段を構築してもよい。この場合は、サーボモータ272の負荷電流を検出することにより、クランプ圧や段差部134、144の位置を間接的に把握することができる。
なお、この図6、図7は、それぞれ上金型を取り去った状態が描写されている。図の符号284はヒータである。その他の構成については、先の実施形態と同様であるため、図中で同一又は類似する部分に同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。
また、上記実施形態においては、段差部134、144の段差面136、146を特定の曲面で形成するようにしていたが、段差面を曲面とするか否か、また、曲面とする場合にどのような形状の曲面とすべきかについては、特に上記実施形態の例に限定されない。段差部の段差が小さければ曲面の形状はそれほど問題とならないこともあり、駆動手段の駆動圧力あるいは駆動電流の変化態様に基づいて段差部の位置関係を検知する場合には、むしろ、あまりなだらかとなっていない方が、当該段差部の位置を明瞭に検出できる場合もある。
なお、図8に示されるように、第1、第2調整体(金型位置調整体)130、140は、フラット面132、142と平行な研削面152Aを備えた砥石152を有する研削盤(図示略)を用いて製造するとよい。この場合、図8(A)に示されるように、複数あるフラット面132、142のうち最も端のフラット面132、142をまず研削し、その後、フラット面132、142のステップ距離Lに相当する分だけ砥石152を平行移動する。
次いで、図8(B)に示されるように、平行移動した位置においてフラット面132、142の1段あたりの段差Hに相当する分だけ追い込み研削を行う、という手順を繰り返すことになる。段差部134、144の段差面136、146は、砥石152の研削面152Aの端部152A1の形状を倣わせることにより造形できる。この製造方法により、簡単で、かつ確実に基盤の表裏面と平行なフラット面を有する調整体を、段差面136、146の造形を含めて製造できる。
もっとも、本発明では、調整体をどのような方法で製造するかについては、特に上記方法に限定されない。
本発明は、電子部品等を搭載した基板を樹脂封止する際に適用可能である。
本発明の実施形態の一例に係る樹脂封止装置の概略を示す正断面図 同側断面図 図1の矢視III部分の一部拡大断面図 位置検出手段の概略構成を示す模式図 上記樹脂封止装置において実行される樹脂封止方法を説明するための封止工程図 本発明の他の実施形態の一例に係る樹脂封止装置を、その上金型を取り去った状態で示した平面図 図6の矢視VII-VII線に沿う断面図 調整体の製造方法を説明するための要部拡大断面図 従来の樹脂封止装置の一例を示す正断面図
符号の説明
110…樹脂封止装置
112…上金型
112A…上キャビティ
114…下金型
114A…下キャビティ
116…基板
116A…基板の表面
116B…基板の裏面
130…第1調整体
132…(第1調整体の)フラット面
134…段差部
136…段差面
140…第2調整体
142…(第2調整体の)フラット面
144…段差部
146…段差面
152…砥石
190…光学検出装置
192…受光装置
194…発光装置

Claims (9)

  1. 相対峙する金型内で基板を樹脂にて封止する樹脂封止装置において、
    前記金型の少なくとも一方側に、一対の金型位置調整体を備え、
    該一対の金型位置調整体のそれぞれが、
    相対向し、前記金型内で封止される前記基板の表裏面と平行で、且つそれぞれの金型位置調整体の裏面からの距離が順次異なる位置に形成された複数の階段状のフラット面を有する構成とされ、且つ
    前記金型位置調整体のうちの一方が、他方に対して前記フラット面と平行な方向に変位可能とされている、
    ことを特徴とする樹脂封止装置。
  2. 請求項1において、
    前記各フラット面の段差部の段差が、2μm〜10μmの範囲に設定されている
    ことを特徴とする樹脂封止装置。
  3. 請求項2において、
    前記段差部の段差面が、0.05mm〜0.2mmの半径で、あるフラット面から隣接するフラット面の端部まで立ち上がる曲面で形成されている
    ことを特徴とする樹脂封止装置。
  4. 請求項1〜3のいずれかにおいて、更に、
    前記金型位置調整体の一方側と他方側のそれぞれの段差部の位置関係を検知する位置検出手段を備えたことを特徴とする樹脂封止装置。
  5. 請求項4において、
    前記位置検出手段が、前記金型位置調整体の一方側の段差部の変位と同期して変位する変位側装置と他方側の段差部と対応付けられた固定側装置とを備え、該変位側装置と固定側装置との相対位置の変化に依存して変化するパラメータの変化態様を検出するものである樹脂封止装置。
  6. 請求項5において、
    前記パラメータが、前記変位側装置と固定側装置との段差部に関係付けられた相対位置に依存して透光又は遮光される光である
    ことを特徴とする樹脂封止装置。
  7. 請求項5において、
    前記パラメータが、前記変位側装置と固定側装置との段差部に関係付けられた相対位置に依存して変化する磁力又は電流である
    ことを特徴とする樹脂封止装置。
  8. 請求項4において、
    前記位置検出手段が、前記駆動手段の駆動圧力又は駆動電流の変化態様に基づいて、一方側と他方側のそれぞれの段差部の位置関係を検知するものである樹脂封止装置。
  9. 請求項1に記載の前記金型位置調整体を製造する方法であって、
    前記階段状のフラット面と平行な研削面を備えた砥石を有する研削盤により、
    該階段状のフラット面のうち最も端に存在するフラット面を研削する手順と、
    その後、フラット面のステップ距離に相当する分だけ砥石を平行移動する手順と、
    該平行移動した位置において、前記フラット面の1段当たりの段差に相当する分だけ追い込み研削を行う手順と、を順次繰り返す工程を含む
    ことを特徴とする樹脂封止装置の金型位置調整部材の製造方法。
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